生物化學教學課件：Chapte 1 Introduction

1、2022-6-1812022-6-1822022-6-183Hierarchical organization of biological structuresn是生命的化學是生命的化學n用化學研究生命用化學研究生命n闡明生命本質(zhì)闡明生命本質(zhì)生物結(jié)構(gòu)的層次生物結(jié)構(gòu)的層次細胞色素細胞色素 C線粒體線粒體2022-6-184課程內(nèi)容課程內(nèi)容（共（共4848學時，含實驗學時，含實驗8 8學時）學時）第第1 1章章 緒論緒論第第2-62-6章章 糖、脂類、蛋白質(zhì)、核酸、酶化學糖、脂類、蛋白質(zhì)、核酸、酶化學 第第7 7章章 維生素、水和礦質(zhì)平衡維生素、水和礦質(zhì)平衡 第第8 8章章 能量代謝與生物能的利用

2、能量代謝與生物能的利用 第第9-129-12章章 糖類、脂類、核酸、蛋白質(zhì)代謝糖類、脂類、核酸、蛋白質(zhì)代謝 第第1313章章 代謝的調(diào)節(jié)控制代謝的調(diào)節(jié)控制 第第1414章章 基因工程與蛋白質(zhì)工程基因工程與蛋白質(zhì)工程 第第1515章章 生物化學與現(xiàn)代生物技術(shù)生物化學與現(xiàn)代生物技術(shù) 生命大分子生命大分子生物大分子生物大分子代謝及遺傳代謝及遺傳信息的傳遞信息的傳遞生物技術(shù)生物技術(shù)2022-6-185第一章第一章 緒論緒論Chapter 1 Introduction2022-6-186主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié) 概述生物化學的涵義和研究內(nèi)容第二節(jié) 生物化學與其他生命科學的關系第三節(jié) 生物化學與工農(nóng)醫(yī)第四節(jié)

3、 21世紀的生物化學發(fā)展趨勢2022-6-187第一節(jié)第一節(jié) 概述概述生物化學的涵義和研究內(nèi)容生物化學的涵義和研究內(nèi)容Biochemistry The Chemistry of Life2022-6-188l化學是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的科學。l生物學是生命科學，它研究生物的形態(tài) 、結(jié)構(gòu)、生理、分類、遺傳和變異、進化等方面，目的在于闡明生命活動的規(guī)律。l生物化學生物化學是是一門把化學與生物學聯(lián)系在一起把化學與生物學聯(lián)系在一起的新課程 。 一、生物化學的涵義一、生物化學的涵義2022-6-189生物化學生物化學是生命的化學是生命的化學 運用物理學、化學和生運用物理學、化學和生物學

4、的理論和方法來研物學的理論和方法來研究生物體內(nèi)各種物質(zhì)的究生物體內(nèi)各種物質(zhì)的化學組成、結(jié)構(gòu)及其化化學組成、結(jié)構(gòu)及其化學變化規(guī)律的一門科學。學變化規(guī)律的一門科學。是從分子水平或細胞水是從分子水平或細胞水平上探討生命的奧秘，平上探討生命的奧秘，從而闡述生命的本身從而闡述生命的本身 是應用化學的理論和方是應用化學的理論和方法來研究生命現(xiàn)象、闡法來研究生命現(xiàn)象、闡明生命現(xiàn)象的化學本質(zhì)。明生命現(xiàn)象的化學本質(zhì)。 一、生物化學的涵義一、生物化學的涵義什么是生物化學？什么是生物化學？2022-6-1810二、生物化學的研究內(nèi)容二、生物化學的研究內(nèi)容生物化學研究的內(nèi)容主要是三個方面：生物化學研究的內(nèi)容主要是三個

5、方面：（或有機生物化學）（或有機生物化學）(物質(zhì)代謝和能量代謝) 研究構(gòu)成生物機體各種物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及生物學功能研究生物體內(nèi)各種物質(zhì)的化學變化、與外界進行物質(zhì)和能量交換的規(guī)律。研究重要生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關系以及環(huán)境對機體代謝的影響。2022-6-1811（一）靜態(tài)生物化學，（一）靜態(tài)生物化學， Static Biochemistry 組成生物體的基本物質(zhì)是極其復雜的，成分繁多。結(jié)構(gòu)也組成生物體的基本物質(zhì)是極其復雜的，成分繁多。結(jié)構(gòu)也復雜，就拿最小的細胞復雜，就拿最小的細胞細菌來說，一個細菌來說，一個E.coliE.coli含有含有50005000種不種不同的有機物同的有機物。1.1

6、.無機無機物物無機鹽無機鹽水水2.2.有機物有機物糖類糖類脂類脂類蛋白質(zhì)類蛋白質(zhì)類核酸類核酸類維生素維生素激素類等激素類等 在這些生命物質(zhì)之中，最基本的物質(zhì)則在這些生命物質(zhì)之中，最基本的物質(zhì)則為蛋白質(zhì)，核酸，多糖和脂類等四大類有機為蛋白質(zhì)，核酸，多糖和脂類等四大類有機物。其中蛋白質(zhì)最為重要。核酸最為基本。物。其中蛋白質(zhì)最為重要。核酸最為基本。而水則是一切生命的源泉。據(jù)估計，生物界而水則是一切生命的源泉。據(jù)估計，生物界共有共有1010101010101212種不同蛋白質(zhì)。種不同蛋白質(zhì)。10101010種核酸。種核酸。 生物界中微生物，植物與動物具有相同的生物界中微生物，植物與動物具有相同的物質(zhì)組

7、成只是各組成物質(zhì)的比例不同，復雜物質(zhì)組成只是各組成物質(zhì)的比例不同，復雜程度不同程度不同。2022-6-1812例如人吃進的食物通過消化，吸收，然后有兩種作用：例如人吃進的食物通過消化，吸收，然后有兩種作用：1.1.構(gòu)造機體本身構(gòu)造機體本身( (物質(zhì)變化物質(zhì)變化) ) 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 氨基酸氨基酸 氨基酸氨基酸 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)（體外）（體外） （胞外）（胞外） （胞內(nèi)）（胞內(nèi)） （體內(nèi)）（體內(nèi)）消化消化吸收吸收合成合成CO2+H2O+NH3分解分解（二）動態(tài)生物化學，（二）動態(tài)生物化學，Dynamic Biochemistry2.2.提供能量提供能量（能量變化）（能量變化） 生物機體除將部分攝取的物

8、質(zhì)轉(zhuǎn)化為自身的物質(zhì)以外，將另生物機體除將部分攝取的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為自身的物質(zhì)以外，將另一部分用來徹底分解。提供生物機體活動所需要的能量和熱能。一部分用來徹底分解。提供生物機體活動所需要的能量和熱能。這種變化稱為能量變化。這種變化稱為能量變化。2022-6-1813（三）功能生物化學，（三）功能生物化學，F(xiàn)unctional Biochemistry這些說明：生物體的各化學反應必定有完美的安排和一個調(diào)節(jié)這些說明：生物體的各化學反應必定有完美的安排和一個調(diào)節(jié)控制標準。機體內(nèi)的化學反應是高度自動控制的，在體外就做控制標準。機體內(nèi)的化學反應是高度自動控制的，在體外就做不到。不到。機體內(nèi)的反應特點：機體內(nèi)的反

9、應特點： 合成反應，還是分解反應，往往是在同一部位，同時進行。合成反應，還是分解反應，往往是在同一部位，同時進行。 互不干擾，相互配合，使各自的化學反應進行得恰到好處?；ゲ桓蓴_，相互配合，使各自的化學反應進行得恰到好處。 速度驚人，但沒有副產(chǎn)物生成。速度驚人，但沒有副產(chǎn)物生成。因此生化除了研究其化學反應外，還要研究物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)與控制。因此生化除了研究其化學反應外，還要研究物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)與控制。2022-6-1814生物化學是分子水平的生物學生物化學是現(xiàn)代生物學的基礎和前沿生物學生物學生物化學生物化學化學生物學化學生物學分子生物學分子生物學化學化學第二節(jié)第二節(jié) 生物化學與其他生命科學的關系生物

10、化學與其他生命科學的關系2022-6-1815生物化學與有關科學的關系生物化學與有關科學的關系Molecular Biology 分子生物學Enzyme engineering 酶工程Biology 生物學（動物、植物、微生物）Chemistry 化學（無機、分析、有機）Physiology 生理學Genetics 遺傳學Cytobiology 細胞生物學Immunology 免疫學Gene engineering 基因工程Biologic pharmacy 生物制藥Pharmacology 藥理學Clinical medicine 臨床醫(yī)學Biochemistry2022-6-1816第三節(jié)

11、第三節(jié) 生物化學與工農(nóng)醫(yī)生物化學與工農(nóng)醫(yī)u 生物化學對現(xiàn)代化工、輕工、食品、醫(yī)藥工業(yè)的滲透u 酶工程與自動化轉(zhuǎn)基因食品轉(zhuǎn)基因食品干細胞干細胞人類基因組計劃人類基因組計劃2022-6-1817第四節(jié)第四節(jié) 21世紀的生物化學發(fā)展趨勢世紀的生物化學發(fā)展趨勢l大分子結(jié)構(gòu)與功能的關系l生物膜的結(jié)構(gòu)與功能的關系l機體自身調(diào)控的分子機理l生化技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)明l生物化學與現(xiàn)代新生物技術(shù)生物化學研究最活躍、最重要的領域生物化學研究最活躍、最重要的領域 ：2022-6-1818美美科學科學雜志評出雜志評出20102010年年十大十大科學進展科學進展2010年12月17日其中其中8 8個與生物技術(shù)相關個與生物技術(shù)

12、相關 美美科學科學雜志評出雜志評出2010年十大科學進展年十大科學進展2022-6-18191.1.合成生物學合成生物學：一個美國研究小組月日報告說，他們合成了一個人工基因組，并用它使一個內(nèi)部被掏空的單細胞細菌“起死回生”。這是首個完全由人造基因指令控制的細胞，它是人造生命研究歷程中的關鍵一步。研究人員預計，定制的合成基因組將來可用于生物燃料、醫(yī)藥制品或化學制品的生產(chǎn)工藝。2022-6-18202.2.尼安德特人基因組尼安德特人基因組：研究人員對約萬年前生活在克羅地亞的個女性尼安德特人的骨骼做了基因組測序。這種對降解片段進行測序的新方法，使專家得以首次對現(xiàn)代人基因組和尼安德特人的基因組進行直接

13、比較。2022-6-18213.3.艾滋病病毒預防：艾滋病病毒預防：科學界今年在艾滋病病毒預防領域取得重要進展一種含有抗艾滋病病毒藥物泰諾福韋的陰道凝膠可使女性感染該病毒的風險降低，另一種藥物可使男同性戀者和通過變性手術(shù)告別“男兒身”者感染艾滋病病毒的風險減少。2022-6-18224.4.外顯子測序與疾病基因外顯子測序與疾病基因：通過只對某一基因組中的外顯子基因序列進行測序，研究人員發(fā)現(xiàn)至少導致種疾病的基因突變。5.5.分子動力學模擬：分子動力學模擬：研究人員用超級計算機跟蹤觀察一個正在折疊的蛋白質(zhì)中的原子運動，這種跟蹤觀察的持續(xù)時間能比過去任何一種方法延長至少倍。2022-6-18236.

14、6.下一代基因組學：下一代基因組學：更快更廉價的測序技術(shù)使人們能夠?qū)h古和現(xiàn)代的進行大規(guī)模研究。7.核糖核酸的重新編程：核糖核酸的重新編程：重新編程細胞，也就是把細胞的發(fā)育時鐘“往回撥”，使它們的“表現(xiàn)”如同胚胎中的非特異性“干細胞”，是研究疾病和發(fā)育的一種重要途徑。今年，研究人員找到了一種用合成核糖核酸來完成這一研究的新技術(shù)。與以往的方法相比，采用這種新技術(shù)的“回撥”速度要快兩倍，效率要高倍，在治療應用方面可能更為安全。2022-6-18248.8.大鼠的回歸：大鼠的回歸：小鼠是科學研究中的最主要實驗動物，但研究人員其實更希望使用大鼠。大鼠實驗操作起來相對更容易，大鼠在解剖學上與人類更相似，

15、但現(xiàn)有的準確關閉特定基因的研究技術(shù)對小鼠小鼠適用，卻對大鼠無效。為解決這一矛盾，科研人員在今年開展了一系列研究，其結(jié)果有助于關閉大鼠的某些特定基因，從而有望讓大鼠大批進入實驗室。2022-6-1825美美科學科學雜志評出雜志評出2011年十大科學進展年十大科學進展其中其中6 6個與生物技術(shù)相關個與生物技術(shù)相關2011-12-23 科技日報2022-6-1826其中其中6 6個與生物技術(shù)相關個與生物技術(shù)相關美美科學科學雜志評出雜志評出2012年十大科學進展年十大科學進展2022-6-18271. 日本科學家利用從成年小鼠身上提取的胚胎小鼠身上提取的胚胎干細胞干細胞，生成了能夠產(chǎn)生卵子的卵細胞生成

16、了能夠產(chǎn)生卵子的卵細胞。這一技術(shù)突破帶來的前景是，對于無法自然形成卵子的婦女，可以用她們的卵細胞在試管中培育出卵子，然后再移植回她們體內(nèi)。2. 人腦人腦-機器接口機器接口讓癱瘓病人可以用思維意識來移動機械臂，并進行立體空間活動。2022-6-1828“中國科學十大進展中國科學十大進展”評選結(jié)果于評選結(jié)果于2012年年1月月17日在北京發(fā)布：日在北京發(fā)布：（1）天宮一號與神舟八號成功實現(xiàn)交會對接；（2）利用強激光成功模擬太陽耀斑的環(huán)頂X射線源和重聯(lián)噴流；（3）將小鼠成纖維細胞成功轉(zhuǎn)化為功能性肝細胞樣細胞；）將小鼠成纖維細胞成功轉(zhuǎn)化為功能性肝細胞樣細胞；（4）顯微光學切片層析成像獲取小鼠全腦高分辨

17、率圖譜）顯微光學切片層析成像獲取小鼠全腦高分辨率圖譜；（5）設計出兼具低場高靈敏和高場大磁電阻的硅基磁電阻器件；（6）揭示梯度納米晶銅本征塑性變形機制；（7）揭示）揭示Tet雙加氧酶在哺乳動物表觀遺傳調(diào)控中的重要作用；雙加氧酶在哺乳動物表觀遺傳調(diào)控中的重要作用；（8）利用化學氣相沉積法制備出石墨烯三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)材料；（9）闡明冰期-間冰期印度夏季風變遷的動力學機制；（10）實現(xiàn)碳納米管的高效光伏倍增效應。2011年度“中國科學十大進展”2022-6-1829“中國科學十大進展中國科學十大進展”評選結(jié)果于評選結(jié)果于2013年年1月月19日在北京發(fā)布：日在北京發(fā)布：（1）“神九”載人飛船與天宮一號成

18、功對接；（2）“蛟龍”號下潛突破7000米；（3）世界首條高寒地區(qū)高速鐵路突破三大技術(shù)難題；（4）嫦娥二號7米分辨率全月影像圖發(fā)布；（5）首臺國產(chǎn)CPU千萬億次高效能計算機系統(tǒng)通過驗收；（6）戊肝疫苗研制成功）戊肝疫苗研制成功；（7）新一代大推力火箭發(fā)動機研制成功；（8）可擴展量子信息處理獲重大突破；（9）大亞灣實驗發(fā)現(xiàn)中微子新的振蕩模式；（10）亞洲第一射電望遠鏡建成。2012年度“中國科學十大進展”生物化學、生物工程生物化學、生物工程-頂級研究領域頂級研究領域 1.世界一流的理工科大學目前研究的TOP1領域是與生物化學相關的領域:生命科學、生物合成，用生物的方法解決化工的問題 2. 施一公

19、施一公 中科院院士，清華大學副校長，1989年畢業(yè)于清華大學，1995年在美國約翰霍普金斯大學獲博士學位，1998年2008年，美國普林斯頓大學分子生物學系終身教授。2008年回國，他作為通訊作者在細胞發(fā)表11篇、自然發(fā)表7篇、科學發(fā)表3篇。細胞凋亡和癌癥發(fā)生的分子機理。2022-6-18302022-6-1831生物化學的魅力生物化學的魅力所有生物學科都不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互補充、相互滲透，其基礎就是“生命的化學語言”。換而言之，生物化學是聯(lián)系生物學科之間的橋梁生物化學是聯(lián)系生物學科之間的橋梁。u有用2022-6-1832The Birth of Venus (維納斯的誕生) by

20、Sandro Botticelli“昨天，圣經(jīng)告訴我們，上帝創(chuàng)造萬物昨天，圣經(jīng)告訴我們，上帝創(chuàng)造萬物”2022-6-1833Green Fluorescent Protein (GFP)“今天，人類已經(jīng)制造新的物種今天，人類已經(jīng)制造新的物種”2022-6-1834u 可成名20世紀Nobel生理學、化學獎中半數(shù)以上在生物化學領域取得重大突破1953年年 Watson（美）與（美）與 Crick（英）提出（英）提出DNA分子的分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，1962年共獲年共獲諾貝爾獎。諾貝爾獎。 2022-6-1835生物化學的學習方法生物化學的學習方法u特點一：與數(shù)理化不同，尚未進入特

21、點一：與數(shù)理化不同，尚未進入定量科學定量科學的階段，多數(shù)還處在的階段，多數(shù)還處在定性科學定性科學階段。因此很難通過公式或定理推出一個準確的結(jié)論階段。因此很難通過公式或定理推出一個準確的結(jié)論 u特點二：特點二： 是沒有絕對，是沒有絕對，幾乎所有的結(jié)論幾乎所有的結(jié)論都可以被一些例外都可以被一些例外打破打破（生物多樣性）（生物多樣性） u 生物化學的學習應以概念為主生物化學的學習應以概念為主-以以記憶記憶為主，在記憶的基礎上為主，在記憶的基礎上加以理解：加以理解：體內(nèi)參與反應的物質(zhì)多；體內(nèi)參與反應的物質(zhì)多；代謝反應途徑多，功能各異；代謝反應途徑多，功能各異；大分子的結(jié)構(gòu)與功能之間的關系復雜。大分子的結(jié)構(gòu)與功能之間的關系復雜。2022-6-1836平時成績10%： 出勤出勤/ /課堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn) + 作業(yè)實驗成績10%：實驗操作及實驗報告期末考試80%：閉卷考試 課程考核方式2022-6-1837教材：教材：l張洪淵，萬海清主編. 生物化學（第三版）生物化學（第三版）（工科類專業(yè)適用）. 化學工業(yè)出版社 , 2014.09 （普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材）。參考書：參考書：u王鏡巖等主編. 生物化學（第三版）上、下冊生物化學（第三版）上、下冊，北京，高等教育出